Sommario:
- Cos'è il protocollo di comunicazione seriale RS232?
- Specifiche principali per RS-232
- Connettori RS-232
- Segnali RS-232
- Specifiche dei cavi RS-232
- Diagramma del flusso di dati RS-232
- Relazione tra RS232 e altri standard
Cos'è il protocollo di comunicazione seriale RS232?
RS-232 è uno standard che è stato introdotto nei primi anni '60 per la trasmissione di dati seriali e ancora ampiamente utilizzato principalmente perché è multiuso, facile da usare e mantenere, accessibile e ampiamente supportato. Definisce non solo le caratteristiche del segnale elettrico, come la velocità di trasmissione del segnale, i livelli di tensione, la lunghezza del cavo, i tempi e il comportamento in cortocircuito, ma anche molte altre cose, comprese le caratteristiche meccaniche dell'interfaccia, i connettori e le piedinature.
Secondo lo standard RS-232, tutti i dati vengono trasmessi in una serie temporale di bit. Per PC, la configurazione più comune è il collegamento asincrono che invia pacchetti a 7 o 8 bit. Tuttavia, questo standard supporta anche la trasmissione sincrona.
Nonostante tutti i suoi pregi, l ' RS-232 presenta alcune serie limitazioni nella portata e nelle prestazioni di trasmissione dei dati, quindi il suo ambito di applicazione principale è rappresentato da apparecchiature industriali, reti e apparecchiature di laboratorio.
Specifiche principali per RS-232
Modalità di funzionamento: single-ended
Max. lunghezza del cavo: 15,24 metri (50 piedi)
Max. velocità effettiva dei dati: 20 kbps
Max. tensione di uscita del driver: +/-25V
Max. velocità di risposta: 30V/uS
Max. corrente del driver nello stato Z alto: +/- 6mA @ +/- 2v (spento)
Impedenza di carico del driver: 3000-7000 Ohm
Livello del segnale di uscita del driver: Da +/- 5 V a +/- 15 V (caricato) o +/- 25 V (senza carico)
Resistenza di ingresso del ricevitore: 3000-7000 Ohm
Intervallo di tensione in ingresso del ricevitore: +/-15V
Sensibilità di ingresso del ricevitore: +/-3V
Numero totale di driver e ricevitori su una linea: 1 driver e 1 ricevitore
Limitazioni dello standard RS232
Quali sono i problemi noti con la porta seriale RS-232? L'utilizzo della porta COM standard comporta una serie di limitazioni che devi affrontare. Ecco gli ovvi limiti dello standard:
- L'aumento del consumo di energia dovuto a forti oscillazioni di tensione è un'enorme complicazione per il design dell'alimentatore.
- Molti dispositivi non utilizzano le linee di handshake per il controllo del flusso, rendendo così inaffidabile RS-232.
- Sebbene il problema della connessione multi-drop sia stato risolto con alternative più affidabili, non compensa ancora la compatibilità e i limiti di velocità della porta RS232.
- La necessità di un null modem o di un cavo crossover ogni volta che si collega una periferica a un computer.
- RS-232 non risolve il problema presentato dalla segnalazione single-ended.
Connettori RS-232
Un dispositivo RS-232 può essere utilizzato come apparecchiatura di terminazione del circuito (DCE) o come apparecchiatura terminale dati (DTE) a seconda dei cavi utilizzati per inviare e ricevere ciascun segnale.
In conformità con lo standard RS-232, DCE è destinato ai connettori femmina e DTE è destinato ai connettori maschio. Tuttavia, ci sono dispositivi con tutti i tipi di combinazioni di definizioni di genere/pin del connettore. Ad esempio, un terminale dotato di connettori femmina integrati con un cavo dotato di un connettore maschio a ciascuna estremità soddisfa pienamente lo standard RS-232.
Fino alla revisione C, lo standard consiglia di utilizzare un connettore D-subminiatura a 25 pin, sebbene sia obbligatorio solo a partire dalla revisione D. Questo perché la stragrande maggioranza dei dispositivi non ha davvero bisogno di tutti quei 20 segnali specificati dallo standard e le connessioni RS-232 a 9 pin sono molto più economiche e occupano pochissimo spazio. Più compatto e meno costoso. Questo connettore RS-232 a 9 pin è ampiamente utilizzato per personal computer e gadget simili.
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Connettori DB25
Vale la pena notare che non tutti i connettori D-sub a 25 pin hanno un'interfaccia conforme a RS-232-C. Alcuni produttori di PC optano per segnali e tensioni non standard su determinati pin del pinout della porta COM del PC. Sul PC IBM originale, ad esempio, il connettore D-sub femmina è stato utilizzato per la porta parallela della stampante Centronics.
Pinout seriale a 25 pin:
Perno 1: GND − Shield Ground.
Perno 2: TxD → Dati trasmessi. Trasporta i dati dal Data Terminal al Data Set.
Perno 3: RxD ← Dati ricevuti. Trasporta i dati dal Data Set al Data Terminal.
Perno 4: RTS → Richiesta di inviare. Data Terminal segnala al Data Set di prepararsi per la trasmissione dei dati.
Perno 5: CTS ← Cancella per inviare. Set di dati per segnalare al terminale dati che è pronto per la ricezione dei dati.
Perno 6: DSR ← Set di dati pronto. DCE è pronto per ricevere e inviare dati.
Perno 7: GND − Terra del sistema. Riferimento di tensione zero.
Perno 8: CD ← Carrier Detect. Data Set segnala al Data Terminal il vettore rilevato di un altro dispositivo.
Perno 9: Riservato
Perno 10: Riservato
Perno 11: STF → Seleziona Transmit Channel.
Perno 12: S.CD ← Rilevamento portante secondario.
Perno 13: S.CTS ← Secondario Clear to Send.
Perno 14: S.TXD → Dati di trasmissione secondari.
Perno 15: TCK ← Timing dell'elemento del segnale di trasmissione.
Perno 16: S.RXD ← Secondary Receive Data.
Perno 17: RCK ← Temporizzazione elemento segnale ricevitore.
Perno 18: LL → Controllo del loop locale.
Perno 19: S.RTS → Richiesta secondaria da inviare
Perno 20: DTR → Da Remote Loop Control.
Perno 22: RI ← Indicatore ad anello. Data Set segnala al terminale dati una condizione di suoneria rilevata.
Perno 23: DSR → Selettore della velocità del segnale dati.
Perno 24: XCK → Transmit Signal Element Timing.
Perno 25: TI ← Indicatore di test.
Durante la comunicazione asincrona, sia RTS che CTS sono attivi per tutta la sessione. Tuttavia, se DTE è connesso a una linea multipoint, i dati vengono trasmessi da una stazione alla volta (a causa della condivisione della coppia telefonica di ritorno), quindi l'unico utilizzo per RTS è quello di accendere e spegnere il gestore del modem. Una stazione aumenta l'RTS quando è pronta per trasmettere. Il modem accende la sua portante, aspetta che si stabilizzi (normalmente ci vogliono un paio di millisecondi) e alza CTS. Mentre CTS è attivo, DTE trasmette. Una volta terminata la trasmissione, la stazione interrompe RTS e quindi il modem abbandona sia CTS che portante.
Tutti i segnali di clock sui pin del cavo seriale 15, 17 e 24 del pinout della porta COM sono solo per comunicazioni sincrone. L'orologio viene estratto dal flusso di dati dalla DSU o dal modem o dagli estratti della DSU e inviato al DTE per fornire un segnale di clock costante. È importante sottolineare che i segnali di clock ricevuti e trasmessi non devono essere identici e possono avere velocità di trasmissione diverse.
Pinout RS-232 a 9 pin
Quindi ecco una versione semplificata del pinout della connessione seriale utilizzato sui personal computer: il pinout RS-232 a 9 pin.
Perno 1: DCD ← Data Carrier Detect
Perno 2: RxD ← Ricevi dati
Perno 3: TxD → Trasmetti dati
Perno 4: DTR → Terminale dati pronto
Perno 5: 0V/COM − 0V o terra del sistema
Perno 6: DSR ← Set di dati pronto
Perno 7: RTS → Richiesta di inviare
Perno 8: CTS ← Cancella per inviare
Perno 9: RI ← Indicatore ad anello
Segnali RS-232
Livelli di tensione che rappresentano i segnali dei pinout della porta seriale RS232 rispetto a un comune di sistema (alimentazione / massa logica). Il livello del segnale dello stato attivo (SPAZIO) è positivo e il livello del segnale dello stato inattivo (MARK) è negativo rispetto al comune. Un protocollo di comunicazione deve essere specificato da RS-232. Inoltre, RS-232 dispone di più linee di handshaking da utilizzare con i modem (nella maggior parte dei casi).
L'interfaccia RS-232 presuppone che sia DTE che DCE abbiano bus elettrici simili con massa identica. Ovviamente, questa ipotesi può essere completamente sbagliata quando si tratta delle lunghe code tra il DTE e il DCE.
La tensione a circuito aperto massima specificata dallo standard RS232 è 25 V, ma normalmente i livelli di segnale 5 V, 10 V, 12 V e 15 V.
Secondo lo standard RS-232, tutti i dati sono bipolari. Per la maggior parte delle apparecchiature, una condizione di stato ON o 0 (SPAZIO) è indicata dalla tensione da +3 V a +12 V e una condizione OFF o 1 stato (MARK) è indicata dalla tensione da -3 V a -12 V. Tuttavia, alcuni dispositivi non riconoscono alcun livello negativo e 0 V è sufficiente per lo stato OFF. E a volte tensioni più piccole possono essere sufficienti per ottenere lo stato ON. In questo modo è possibile ridurre in modo significativo la portata complessiva per la trasmissione / ricezione RS-232.
La tensione normale per il segnale di uscita va da +12 V a -12 V. Inoltre, c'è una cosiddetta "area morta" in un intervallo da +3 V a -3 V che è destinata all'assorbimento del rumore di linea. In altre piedinature della porta seriale simili a RS-232 questo intervallo può essere diverso (ad esempio, la definizione V.10 ha un'area morta da +0,3 V a -0,3 V). Un sacco di ricevitori RS-232 possono facilmente rilevare differenziali di 1 V o anche meno.
Specifiche dei cavi RS-232
Non ci sono limiti di lunghezza del cavo definiti direttamente dallo standard RS-232, quindi il fattore determinante principale è la capacità massima tollerata da un circuito di azionamento conforme. Come regola generale, la lunghezza critica sarà di 15 m (o circa 300 m a condizione che siano stati utilizzati solo cavi a bassa capacità). Francamente, per distanze maggiori, lo standard RS-232 non è l'opzione migliore per il trasferimento di dati a lunga distanza ad alta velocità.
Tenendo presente che non tutti i produttori di dispositivi mantengono lo standard fino in fondo, è buona norma studiare la documentazione e utilizzare una breakout box per testare ogni nuova connessione. In alcuni casi, solo il metodo per tentativi ed errori può aiutare a trovare il cavo giusto per collegare ciascuna coppia di dispositivi.
In conformità con lo standard RS-232, un dispositivo DCE deve essere collegato a un DTE tramite il cavo che ha numeri di pin identici in ciascun connettore (noto come "cavo diritto"). Qualsiasi disadattamento di genere di cavo / connettore può essere facilmente risolto con i cambia di genere. Inoltre, di uso comune sono cavi con un connettore D-sub a 25 pin su un'estremità e un connettore RS-232 a 9 pin sull'altra. Qualsiasi apparecchiatura con connettori 8P8C viene solitamente fornita con un cavo dotato di DB-9 o DB-25. Alcuni hanno persino connettori intercambiabili per una maggiore flessibilità.
Se non è necessario sfruttare la capacità dell'RS-232, è possibile utilizzare una connessione a 3 fili minima: trasmissione, ricezione e messa a terra. Per un flusso di dati unidirezionale, è disponibile un'opzione a 2 fili: dati e terra. E per la trasmissione dati a due vie controllata dall'hardware, la migliore alternativa è una versione a 5 fili, che è la stessa di quella a 3 fili ma con l'aggiunta delle linee RTS e CTS.
Diagramma del flusso di dati RS-232
Secondo lo standard RS-232, i dati possono essere trasmessi in molte varianti. Il più comune, tuttavia, è l'invio di pacchetti che includono una parola di 7-8 bit e bit di inizio, fine e parità. Come puoi vedere nel diagramma sottostante, prima arriva il bit di start (attivo basso, da +3 V a +15 V), poi i bit di dati, seguito dal bit di parità (se richiesto dal protocollo) e infine il bit di stop (usato per portare la logica alta, da -3 V a -15 V).
Relazione tra RS232 e altri standard
Le porte conformi a RS-232 potrebbero non funzionare necessariamente con molti altri standard di segnalazione seriale come RS-422, RS-423, RS-449, RS-422, 423, RS-485 e così via. Per i ricevitori GPS e gli ecoscandagli che utilizzano un livello TTL vicino a +5 e 0 di tensione, il livello del contrassegno si sposta su un'area indefinita dello standard. Avrai bisogno di un traduttore aggiornato per utilizzare lo standard RS-232 in un ambiente come questo.
Come si relazionano:
- RS-422 ha una velocità simile a RS-232 ma differisce nella segnalazione
- La velocità RS-423 è la stessa senza una segnalazione bilanciata
- Rs-449 disattivato
MIL-STD-188 è simile a RS-232, ma ha un ottimo controllo del tempo di salita con una migliore impedenza. Stai pensando di abbandonare il tuo dispositivo RS-232? Non così in fretta! Come puoi vedere, questo protocollo seriale continua a sfidare tutte le affermazioni secondo cui è stato completamente sostituito dall'USB. Sebbene i moderni sistemi di comunicazione richiedano un sistema più sofisticato come l'USB, continueremo a utilizzare le porte seriali standard.
Le applicazioni di terze parti hanno funzionato bene nel migliorare il modo in cui lavoriamo con la porta seriale RS-232. Un esempio è RS232 to Ethernet Connector sviluppato da Electronic Team. Puoi trovare interessanti scenari di utilizzo nella Guida per l'utente.
Domande frequenti
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